JPH0342600A - 高輝度電子ビーム発生方法 - Google Patents
高輝度電子ビーム発生方法Info
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- JPH0342600A JPH0342600A JP1177085A JP17708589A JPH0342600A JP H0342600 A JPH0342600 A JP H0342600A JP 1177085 A JP1177085 A JP 1177085A JP 17708589 A JP17708589 A JP 17708589A JP H0342600 A JPH0342600 A JP H0342600A
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- electron
- cyclotron
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/14—Vacuum chambers
- H05H7/18—Cavities; Resonators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J3/02—Electron guns
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/06—Electron sources; Electron guns
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は電子加速器、電子顕微鏡等の電子ビーム装置に
おける高輝度電子ビームの発生方法に関する。
おける高輝度電子ビームの発生方法に関する。
（発明が解決しようとする課Ｍ）
高品質の電子ビームを得るには電子ビームを冷却してエ
ネルギーの一様化を図ると共に電子ビームのエミツタン
スを極めて小さくすることが要求されるがエミツタンス
を向上させる方法は今日まで発明されていない。
ネルギーの一様化を図ると共に電子ビームのエミツタン
スを極めて小さくすることが要求されるがエミツタンス
を向上させる方法は今日まで発明されていない。
本発明はこの課題を解決し、電子ビームをパルスビーム
と連続ビームの何れを問わず瞬時に冷却することを目的
とするものである。
と連続ビームの何れを問わず瞬時に冷却することを目的
とするものである。
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するために本発明は電子加速器、電子顕
微鏡等の電子ビーム装置において電子ビームのエミツタ
ンスを小さくする手段として、電子ビームの軸方向垂直
面内の運動エネルギーを積極的に電子サイクロトロン・
メーザ−として放射させるために電子ビームに沿ったソ
・レノイド磁場発生部を設置し、該ソレノイド磁場発生
部中で電子ビームの進行方向に逆行または同方向にメー
ザ誘発用高周波を投射することを特徴とするものである
。
微鏡等の電子ビーム装置において電子ビームのエミツタ
ンスを小さくする手段として、電子ビームの軸方向垂直
面内の運動エネルギーを積極的に電子サイクロトロン・
メーザ−として放射させるために電子ビームに沿ったソ
・レノイド磁場発生部を設置し、該ソレノイド磁場発生
部中で電子ビームの進行方向に逆行または同方向にメー
ザ誘発用高周波を投射することを特徴とするものである
。
さらに電子ビームのメーザ−誘発を保証する手段として
電子ビーム軸方向に斜めに電子を加速するか又は偏向磁
石を用いてエネルギーの一部分をサイクロトロン旋回運
動に転換した上で、サイクロトロン・メーザによってエ
ミツタンスの向上をはかることを特徴とするものである
。
電子ビーム軸方向に斜めに電子を加速するか又は偏向磁
石を用いてエネルギーの一部分をサイクロトロン旋回運
動に転換した上で、サイクロトロン・メーザによってエ
ミツタンスの向上をはかることを特徴とするものである
。
請求項１に関して、一般に電子顕微鏡の様な電子ビーム
装置においては電子銃で生じたビーム方向に垂直な面内
の横ぶれ熱運動エネルギーＴＡが生ずる。この横ぶれ運
動を粒子光学上の表現で言い換えれば電子ビームの軸方
向に対する傾斜角度と電子ビームの軸方向に垂直な面内
の広がりの積で定義されるエミツタンスである。そして
エミツタンスの大きさが電子顕微鏡の解像力の上限を決
めている。
装置においては電子銃で生じたビーム方向に垂直な面内
の横ぶれ熱運動エネルギーＴＡが生ずる。この横ぶれ運
動を粒子光学上の表現で言い換えれば電子ビームの軸方
向に対する傾斜角度と電子ビームの軸方向に垂直な面内
の広がりの積で定義されるエミツタンスである。そして
エミツタンスの大きさが電子顕微鏡の解像力の上限を決
めている。
本発明では以下の手段が提供される。即ち、電子装置内
に設置したソレノイド磁場発生部では電子ビーム軸方向
にソレノイド磁場Ｂ、（テスラ）が発生していて電子は
軸に垂直な面内でω。” ｅ Ｂ ｏ ／ ｍ ｏの角
周波数でサイクロトロン旋回運動をする。ここでｅおよ
びｍｏは夫々電子の電荷および静止質量であって以下全
ての物理量は実用単位系で与えられているものとする。
に設置したソレノイド磁場発生部では電子ビーム軸方向
にソレノイド磁場Ｂ、（テスラ）が発生していて電子は
軸に垂直な面内でω。” ｅ Ｂ ｏ ／ ｍ ｏの角
周波数でサイクロトロン旋回運動をする。ここでｅおよ
びｍｏは夫々電子の電荷および静止質量であって以下全
ての物理量は実用単位系で与えられているものとする。
このとき電子ビーム軸方向に垂直な面内の運動エネルギ
ー（γよ−１）ｍｏｃ を電子サイクロトロン・メー
ザの発生原理を援用して放射させてエミツタンスの向上
をはかる。ここにγよ はサイクロトロン・メーザ−冷
却（ＣＭＣ〉部走行中の電子の垂直面内の全エネルギー
を電子の静止エネルギーｍｏＣ”を単位にしてあられし
たものであり、Ｃは光速である。
ー（γよ−１）ｍｏｃ を電子サイクロトロン・メー
ザの発生原理を援用して放射させてエミツタンスの向上
をはかる。ここにγよ はサイクロトロン・メーザ−冷
却（ＣＭＣ〉部走行中の電子の垂直面内の全エネルギー
を電子の静止エネルギーｍｏＣ”を単位にしてあられし
たものであり、Ｃは光速である。
請求項２に関して。
メーザ−冷却をおこさせるには電子ビームをソレノイド
磁場の軸方向に小角θだけ傾けて入射させることにより
生ずる運動エネルギーをＴｈよりかなり大きくしておく
必要がある。
磁場の軸方向に小角θだけ傾けて入射させることにより
生ずる運動エネルギーをＴｈよりかなり大きくしておく
必要がある。
電子サイクロトロン・メーザを放射させるためには誘発
用高周波をソレノイド磁場中に８看した高周波共振器で
発生させるが、その角周波数ωは電子静止座標系で次の
共鳴条件をみたす必要がある。
用高周波をソレノイド磁場中に８看した高周波共振器で
発生させるが、その角周波数ωは電子静止座標系で次の
共鳴条件をみたす必要がある。
ω＃ｌω’ｃ、？１＋χ（２πν／ωＣ）−（γヨー１
）冷却を最も効率良くする値はχ、Ｚ−０．５８である
。またνは電子の干渉性旋回運動を撹乱する原因が発生
する時間的割合であって電子群の高周波共振器内を通過
する時間の逆数 β７／ ７／／ Ｃ／ Ｌｏで与えられる（Ｌｏは共振
器の長さ）またβ〃ｃはビーム方向の電子速度である。
）冷却を最も効率良くする値はχ、Ｚ−０．５８である
。またνは電子の干渉性旋回運動を撹乱する原因が発生
する時間的割合であって電子群の高周波共振器内を通過
する時間の逆数 β７／ ７／／ Ｃ／ Ｌｏで与えられる（Ｌｏは共振
器の長さ）またβ〃ｃはビーム方向の電子速度である。
このν が電子サイクロトロン・メーザ発生の条件
（ωｃ／２πν）（γニー１）＞＞１
を左右する。これら２つの条件下でのサイクロトロン・
メーザによる放射冷却で生ずるエミツタンスの減衰時間
τ工はχ侶 −０，５８の場合１．５ （２πν
’）” ｍｏｃτＪ−Σ ＃
。
メーザによる放射冷却で生ずるエミツタンスの減衰時間
τ工はχ侶 −０，５８の場合１．５ （２πν
’）” ｍｏｃτＪ−Σ ＃
。
（１−ｅβｔｔ ） ｒｐω（１（ω）である。こ
こで誘発用高周波の進行方向が電子ビームと同方向の場
合ε＝１６反対方向の場合ε＝−１である。ｒｐは電子
の古典半径、ωは高周波共振器で発生するメーザ誘発用
高周波の角周波数でωとはドツプラー効果の式 ０式％ すばれている。Ｉ（ω）は誘発用高周波のエネルギー流
密度である。 Ｌｏは ２ｒｒ ｖ’／１４＝ ２ ｒｒ １３ｔｔ ’１１１
ｃ／Ｌｏω”ｃｚΔωｌωとなるようにえらべば良い
。またこの冷却効果は電子ビームの全エネルギーの一様
化に対しても成程度の効果を持ちその一様化の時間τ〃
はτ工のθ 倍にほぼ等しい。
こで誘発用高周波の進行方向が電子ビームと同方向の場
合ε＝１６反対方向の場合ε＝−１である。ｒｐは電子
の古典半径、ωは高周波共振器で発生するメーザ誘発用
高周波の角周波数でωとはドツプラー効果の式 ０式％ すばれている。Ｉ（ω）は誘発用高周波のエネルギー流
密度である。 Ｌｏは ２ｒｒ ｖ’／１４＝ ２ ｒｒ １３ｔｔ ’１１１
ｃ／Ｌｏω”ｃｚΔωｌωとなるようにえらべば良い
。またこの冷却効果は電子ビームの全エネルギーの一様
化に対しても成程度の効果を持ちその一様化の時間τ〃
はτ工のθ 倍にほぼ等しい。
今−例としてγ、、＝１．００２つまりビーム方向のエ
ネルギー１ ｋｅＶ （キロ電子ボルト）の電子銃から
取り出された電子をＲｏ ” ５テスラの磁場中に入れ
ビーム軸反対方向進行波に相当の周波数ω／２π＝１．
４ＧＨｚ（ギガヘルツ〉の誘発高周波を定常波として長
さ０．５ｍのＣＭＣ部に発生させその電力密度をＩ（ω
〉Σ５００給ｖ・ｍ とすると冷却時間τエ は電子の
ＣＭＣ部走行時間２．８Ｘ１０ ｓ（秒）の０．４２
倍となりエミツタンスはｅχｇ）（−２１０，４２）＝
（１２０） 倍に縮められる。
ネルギー１ ｋｅＶ （キロ電子ボルト）の電子銃から
取り出された電子をＲｏ ” ５テスラの磁場中に入れ
ビーム軸反対方向進行波に相当の周波数ω／２π＝１．
４ＧＨｚ（ギガヘルツ〉の誘発高周波を定常波として長
さ０．５ｍのＣＭＣ部に発生させその電力密度をＩ（ω
〉Σ５００給ｖ・ｍ とすると冷却時間τエ は電子の
ＣＭＣ部走行時間２．８Ｘ１０ ｓ（秒）の０．４２
倍となりエミツタンスはｅχｇ）（−２１０，４２）＝
（１２０） 倍に縮められる。
以下本発明による電子ビーム冷却方法の一実施例につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
図面は本発明方法を電子顕微鏡に実施した際の該装置の
概要配置図であって電子銃１．加速電極２．追い返し電
極３９粒子サイクロトロン・メーザ冷却（ＣＭＣ）誘発
用高周波共振器４゜ンレノイド磁石５．電子顕微鏡本体
加速系６の各要素で構成されている。
概要配置図であって電子銃１．加速電極２．追い返し電
極３９粒子サイクロトロン・メーザ冷却（ＣＭＣ）誘発
用高周波共振器４゜ンレノイド磁石５．電子顕微鏡本体
加速系６の各要素で構成されている。
しかして、加速電極２からの電子ビームはソレノイド磁
石５の中にあるＣＭＣ誘発用高周波共振器４において放
射冷却をして電子ビームのエミツタンスの向上がはから
れることによりビームが高品質化する。即ちＣＭＣ誘発
用高周波共振器４では電子ビーム軸方向にソレノイド磁
石５により磁場Ｂｏが発生していて、電子は軸に垂直な
面内でサイクロトロン旋回運動をしている。そして、こ
の電子ビームに逆行又は同方向にＣＭＣ部のメーザ−誘
発用高周波共振器４内で高周波を投射することにより電
子サイクロトロン・メーザが発生し、電子ビームのエミ
ツタンスを飛櫂的に向上させる。
石５の中にあるＣＭＣ誘発用高周波共振器４において放
射冷却をして電子ビームのエミツタンスの向上がはから
れることによりビームが高品質化する。即ちＣＭＣ誘発
用高周波共振器４では電子ビーム軸方向にソレノイド磁
石５により磁場Ｂｏが発生していて、電子は軸に垂直な
面内でサイクロトロン旋回運動をしている。そして、こ
の電子ビームに逆行又は同方向にＣＭＣ部のメーザ−誘
発用高周波共振器４内で高周波を投射することにより電
子サイクロトロン・メーザが発生し、電子ビームのエミ
ツタンスを飛櫂的に向上させる。
以上は２本発明のビーム冷却法を電子顕微鏡に適用した
場合について説明したが電子顕微鏡以外の電子Ｈａにも
援用出来る。また９以上の説明におけるω。をω。の整
数倍の値に置き換えた値に対応する周波数ω の誘発用
高周波を用いても差し支えない。
場合について説明したが電子顕微鏡以外の電子Ｈａにも
援用出来る。また９以上の説明におけるω。をω。の整
数倍の値に置き換えた値に対応する周波数ω の誘発用
高周波を用いても差し支えない。
以上説明したように９本発明によれば電子ビ本
一ム軸方向のソレノイド磁場発生部を設置し。
該ソレノイド磁場発生部中で電子ビームに逆行又は同方
向にサイクロトロン・メーザ誘発用高周波を投射するこ
とにより電子ビームのエミツタンスを極めて高品質化す
ることが可能で明るさが極めて秀れた電子ビームを得る
ことが出来る。
向にサイクロトロン・メーザ誘発用高周波を投射するこ
とにより電子ビームのエミツタンスを極めて高品質化す
ることが可能で明るさが極めて秀れた電子ビームを得る
ことが出来る。
図面は本発明方法を実施するための一例として電子顕微
鏡に適用した場合の概要配置図である。 ０・・・電子ビーム ト・・電子銃 ２・・・加速電極 ３・・・追い返し電極 ４・・・ＣＭＣ誘発用高周波共振器 ５・・・ソレノイド磁石 ６・・・電子顕微鏡本体加速系
鏡に適用した場合の概要配置図である。 ０・・・電子ビーム ト・・電子銃 ２・・・加速電極 ３・・・追い返し電極 ４・・・ＣＭＣ誘発用高周波共振器 ５・・・ソレノイド磁石 ６・・・電子顕微鏡本体加速系
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）電子加速器、電子顕微鏡等の電子ビーム装置におい
て、電子ビームに沿って設置されたソレノイド磁場発生
部内にサイクロトロン・メーザ誘発用高周波共振器を設
置し、電子ビームの進行方向に逆行または同方向に、サ
イクロトロン・メーザ誘発用高周波を投射することによ
って、電子ビームのビーム軸垂直面内での熱運動エネル
ギーを積極的にサイクロトロン・メーザの形で放射させ
て、粒子ビームのエミッタンスを小さくすることを特長
とする高輝度電子ビーム発生方法。 ２）請求項１の方法において、電子ビーム軸に斜めに加
速又はビーム偏向磁石を用いてビームエネルギーの一部
をサイクロトロン旋回運動に転換した上でサイクロトロ
ン・メーザ誘発用高周波を投射することにより電子ビー
ムのエミッタンスの向上を図ることを特徴とする高輝度
電子ビーム発生方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1177085A JP2893457B2 (ja) | 1989-07-11 | 1989-07-11 | 高輝度電子ビーム発生方法 |
| PCT/JP1990/000892 WO1991001038A1 (fr) | 1989-07-11 | 1990-07-11 | Procede de generation d'un faisceau electronique a grande intensensite |
| EP19900910931 EP0437628A4 (en) | 1989-07-11 | 1990-07-11 | Method of generating high-intensity electron beam |
| US07/640,435 US5245250A (en) | 1989-07-11 | 1990-07-11 | Method for controlling a charged particle beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1177085A JP2893457B2 (ja) | 1989-07-11 | 1989-07-11 | 高輝度電子ビーム発生方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0342600A true JPH0342600A (ja) | 1991-02-22 |
| JP2893457B2 JP2893457B2 (ja) | 1999-05-24 |
Family
ID=16024866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1177085A Expired - Fee Related JP2893457B2 (ja) | 1989-07-11 | 1989-07-11 | 高輝度電子ビーム発生方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5245250A (ja) |
| EP (1) | EP0437628A4 (ja) |
| JP (1) | JP2893457B2 (ja) |
| WO (1) | WO1991001038A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3213186B2 (ja) * | 1994-12-28 | 2001-10-02 | 科学技術振興事業団 | コヒーレント荷電粒子線の発生方法及びその装置 |
| US11918831B2 (en) * | 2010-04-16 | 2024-03-05 | Susan L. Michaud | Hybrid bragg/flash proton therapy apparatus and method of use thereof |
| US11925818B2 (en) * | 2010-04-16 | 2024-03-12 | Susan L. Michaud | Flash proton therapy apparatus and method of use thereof |
| CN106211537B (zh) * | 2016-08-26 | 2019-01-29 | 中国原子能科学研究院 | 一种超导回旋加速器真空排气系统 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB935151A (en) * | 1960-08-30 | 1963-08-28 | Standard Telephones Cables Ltd | Improvements in or relating to electron beam wave generators |
| GB1096921A (en) * | 1963-03-28 | 1967-12-29 | Nat Res Dev | Radiation generators |
| US3398376A (en) * | 1967-12-11 | 1968-08-20 | Jay L. Hirshfield | Relativistic electron cyclotron maser |
| FR2401508A1 (fr) * | 1977-06-27 | 1979-03-23 | Commissariat Energie Atomique | Injecteur d'electrons pour generateur hyperfrequence |
| US4370621A (en) * | 1980-03-11 | 1983-01-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | High efficiency gyrotron oscillator and amplifier |
| FR2491256A1 (fr) * | 1980-09-26 | 1982-04-02 | Thomson Csf | Accelerateur d'electrons et generateur d'ondes millimetriques et infra-millimetriques comportant un tel accelerateur |
| US4422045A (en) * | 1981-03-20 | 1983-12-20 | Barnett Larry R | Barnetron microwave amplifiers and oscillators |
| FR2544127B1 (fr) * | 1983-04-06 | 1985-12-13 | Thomson Csf | Canon a electrons pour generateurs d'ondes radioelectriques pour hyperfrequences |
| US4562380A (en) * | 1983-06-13 | 1985-12-31 | Raytheon Company | Tilt-angle electron gun |
| JPS60103686A (ja) * | 1983-11-10 | 1985-06-07 | Mitsubishi Electric Corp | 電子サイクロトロンメ−ザ発振装置 |
| JPH0817081B2 (ja) * | 1988-10-31 | 1996-02-21 | 株式会社東芝 | 超高周波発振管装置 |
-
1989
- 1989-07-11 JP JP1177085A patent/JP2893457B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-07-11 EP EP19900910931 patent/EP0437628A4/en not_active Ceased
- 1990-07-11 US US07/640,435 patent/US5245250A/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-07-11 WO PCT/JP1990/000892 patent/WO1991001038A1/ja not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0437628A4 (en) | 1991-12-27 |
| JP2893457B2 (ja) | 1999-05-24 |
| US5245250A (en) | 1993-09-14 |
| WO1991001038A1 (fr) | 1991-01-24 |
| EP0437628A1 (en) | 1991-07-24 |
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